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物理
题目

平均自由程lambda =1div sqrt (2)pi (d)^2n=kJdiv sqrt (2)pi (d)^2p ,平均碰撞频率 =sqrt (2)pi (d)^2noverline (v)(其中d为分子的有效直径)平均自由程公式正确,平均碰撞频率公式A不正确;平均自由程公式不正确,平均碰撞频率公B式正确;C两个都对,D两个都不对

平均自由程(其中d为分子的有效直径)平均自由程公式正确,平均碰撞频率公式A不正确;平均自由程公式不正确,平均碰撞频率公B式正确;C两个都对,D两个都不对

题目解答

答案

首先,我们来看平均自由程的公式。平均自由程表示气体分子在连续两次碰撞之间的平均行走距离,其公式为:
其中,
 是分子的有效直径。
是分子的数密度。
可以从中看出,当分子数 
 增加(即气体更密集)时,自由程会减少,这是合理的。公式形式正确。
接下来,我们验证平均碰撞频率的公式:
公式是正确的。
接下来,我们看平均碰撞频率的公式。平均碰撞频率表示单位时间内一个分子所发生的碰撞次数,其公式为:
其中:
  是分子的平均速度
考虑到Z 是单位时间内的碰撞次数,因此与分子数 
n 和分子速度 直接相关。但是,该公式没有明显的错误。
结论:选项 C (两个都对) 是正确答案。

解析

考查要点:本题主要考查气体分子运动论中平均自由程和平均碰撞频率公式的正确性判断,需结合公式推导和物理意义进行分析。

解题核心思路:

  1. 平均自由程的公式需满足物理意义:分子两次碰撞间的平均路程,与分子数密度$n$和有效直径$d$相关。
  2. 平均碰撞频率的公式需体现单位时间内分子碰撞次数,与分子数密度$n$、分子平均速度$\overline{v}$及有效直径$d$相关。
  3. 通过公式推导验证题目中给出的两个公式是否符合理论推导结果。

破题关键点:

  • 平均自由程的正确公式为$\lambda = \frac{1}{\sqrt{2} \pi d^2 n}$,需验证题目中的表达式是否与此一致。
  • 平均碰撞频率的正确公式为$Z = \sqrt{2} \pi d^2 n \overline{v}$,需验证题目中的表达式是否与此一致。

平均自由程公式验证

  1. 公式推导:
    气体分子在单位时间内与单位体积内其他分子碰撞的次数为$\sqrt{2} \pi d^2 n \overline{v}$,因此平均自由程$\lambda$应为分子平均速度$\overline{v}$与碰撞频率$Z$的比值:
    $\lambda = \frac{\overline{v}}{Z} = \frac{1}{\sqrt{2} \pi d^2 n}.$
    题目中给出的$\lambda = \frac{1}{\sqrt{2} \pi d^2 n}$与推导结果一致,公式正确。

  2. 压强形式验证:
    根据理想气体状态方程$p = n k T$,可将$\lambda$表示为:
    $\lambda = \frac{k T}{\sqrt{2} \pi d^2 p}.$
    题目中给出的$\lambda = \frac{k J}{\sqrt{2} \pi d^2 p}$中,若$kJ$实际为$kT$(可能为符号简写),则公式正确。

平均碰撞频率公式验证

  1. 公式推导:
    平均碰撞频率$Z$表示单位时间内分子发生的碰撞次数,由分子运动的密集程度决定:
    $Z = \sqrt{2} \pi d^2 n \overline{v}.$
    题目中给出的公式与此一致,公式正确。

  2. 物理意义验证:
    $Z$与分子数密度$n$、分子平均速度$\overline{v}$及有效直径$d$均成正比,符合实际物理规律。

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